JP2010068594A - 保護制御システム - Google Patents

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Abstract

【課題】保護制御ユニットに対するコストの増加を抑えつつ、2重化相当の信頼性を確保することができる保護制御システムを提供すること。
【解決手段】変電機器からのアナログ入力および機器情報をシリアルデータとして伝送する第1のバス15および変電機器の保護制御情報をシリアルデータとして伝送する第2のバス16に接続され、変電機器の保護・制御演算を行う複数の保護制御ユニット3と、第2のバス16に接続され、各保護制御ユニット3のソフトウェアおよび整定値を含むユニット情報を格納するデータベースユニット14と、第1のバス15および第2のバス16に接続され、複数の保護制御ユニット3の何れかが故障した場合に、データベースユニット14から第2のバス16を介して保護制御ユニット3のユニット情報をダウンロードすることにより、保護制御ユニット3の代替ユニットとして動作することが可能な予備保護制御ユニット10と、を備える。
【選択図】図2

Description

本発明は、電力系統の保護・制御および監視を行う保護制御システムに関する。
変電所等の電力施設においては、電力系統を構成する変電機器を保護するための保護継電機能および電力系統の変電機器を監視するための監視制御機能を備えた保護制御システムが設けられている。下記特許文献1に示される変電機器保護制御システムは、電力系統の電圧、電流のアナログ信号および遮断器・断路器などの機器情報をディジタル化してシリアルデータに変換するマージングユニットを、変電機器本体に組み込むか、あるいは変電機器の近傍に設置し、プロセスバスを介して保護・制御ユニットと接続して、マージングユニットと保護制御ユニットとの間のデータ送受をシリアルデータで行うことにより、アナログ信号を伝送する電気ケーブルを削減し、コストの低減を図ったものである。
特開2007−116897号公報
上記特許文献1に示される変電機器保護制御システムでは、保護制御ユニットの故障による不具合に対応するため、例えば下記2形態によるシステム構成が開示されている。
(1)一方および他方のハードウェアに保護および制御の両機能を持たせた上で、各ハードウェアに何れかの機能を担当させ、一方のハードウェアが故障した場合には、他方のハードウェアが保護および制御の両機能を担当する。
(2)保護および制御の機能を有するハードウェアを一体化して構成する場合には、保護制御ユニットを2重化構成とし、一方の保護制御ユニットが故障した場合には、他方の保護制御ユニットが保護および制御の両機能を担当する。
すなわち、従来の保護制御システムでは、保護制御ユニットの故障に瞬時に対応するためには、基本的には2重化相当のハードウェアを必要としていた。このため、従来の保護制御システムでは、保護制御ユニットの信頼性を高めるためには、コストの増加が避けられないという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、保護制御ユニットに対するコストの増加を抑えつつ、2重化相当の信頼性を確保することができる保護制御システムを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる保護制御システムは、電力系統を構成する変電機器の保護・制御および監視を行う保護制御システムにおいて、前記変電機器からのアナログ入力および機器情報をシリアルデータとして伝送する第1のバスおよび前記変電機器の保護制御情報をシリアルデータとして伝送する第2のバスに接続され、前記変電機器の保護・制御演算を行う複数の保護制御ユニットと、前記第2のバスに接続され、前記各保護制御ユニットのソフトウェアおよび整定値を含むユニット情報を格納するデータベースユニットと、前記第1のバスおよび前記第2のバスに接続され、前記複数の保護制御ユニットの何れかが故障した場合に、前記データベースユニットから前記第2のバスを介して当該故障した保護制御ユニットの前記ユニット情報をダウンロードすることにより、当該故障した保護制御ユニットの代替ユニットとして動作することが可能な予備保護制御ユニットと、を備えることを特徴とする。なお、以降前記第1のバスをプロセスバス、前記第2のバスをステーションバスと称す。
本発明の保護制御システムによれば、プロセスバスに接続された全ての保護制御ユニットの代替動作が可能な予備保護制御ユニットと、全てのIED(IED=Intelligent Electric Device:保護制御監視機能を有する機器の総称。以下「IED」という)のソフトウェアおよび現整定値を含むユニット情報を保存するデータベースユニットとを1台ずつ設け、予備保護制御ユニットは、何れかの保護制御ユニットが故障した場合に、ステーションバスを介してデータベースユニットから故障した保護制御ユニットのユニット情報をダウンロードし、故障した保護制御ユニットの代替動作を行うようにしたので、保護制御ユニットのコストの増加を抑えることができ、複数の保護制御ユニットの保護・制御機能のバックアップを行うとともに、保護制御ユニット故障時の対応を速やかに行うことができ、保護制御ユニットの2重化相当の信頼性を確保することが可能となるという効果が得られる。
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる保護制御システムの各実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、変電所において主回路設備に接続される変電所機器の一構成例を示す図である。なお、ここでは一例として2重母線に接続される遮断器(以下「CB」という)、断路器(以下「LS」という)、電流変成器(以下「CT」という)、電圧変換器(以下「PT」という)の接続について説明する。また、ここでは三相交流のうちの一相分を用いて説明する。
図1に示すように、両母線18,19の連絡線にはCB4−1、その両側にはCT5−1およびCT5−2、さらに母線18,19側にはLS6−1およびLS6−2が接続される。また、両母線18,19にはそれぞれPT7−1およびPT7−2が接続される。
両母線18,19からは、線路8−1がLS6−3およびLS6−4を介して、隣接変電所(図示せず)などに接続される。線路8−1にはCB4−2、その両側にはCT5−3、CT5−4およびPT7−3が接続される。同様に、両母線18,19から線路8−2、線路8−3が引き出され、線路8−2には、LS6−5、LS6−6、CB4−3、CT5−5、CT5−6、PT7−4が接続され、線路8−3には、LS6−7、LS6−8、CB4−4、CT5−7、CT5−8、PT7−5が接続される。なお、図示は省略しているが、接続される線路毎に、同様なLS、CB、CT、PTが接続される。
図2は、実施の形態1にかかる保護制御システムの一構成例を示す図である。図2に示すように、実施の形態1にかかる保護制御システム1は、CB4−1〜4−N,LS6−1〜6−N,CT5−1〜5−N,PT7−1〜7−N、複数のマージングユニット(以下「MU」という)2−1,2−2、それぞれが保護制御ユニットを構成する複数のIED3−1〜3−N、予備保護制御ユニットを構成するIED(BU)(BU:Backup Unit)10、監視制御装置12、遠方監視制御装置13、データベースユニット(以下「D(BU)」という)14を有している。複数のMU2−1,2−2と、複数のIED3−1〜3−NおよびIED(BU)10との間は、各IED3−1〜3−NおよびIED(BU)10が変電機器の保護・制御および監視に必要な情報を伝送する第1のバスであるプロセスバス15で接続されている。また、複数のIED3−1〜3−NおよびIED(BU)10と、監視制御装置12、遠方監視制御装置13およびD(BU)14との間は、各IED3−1〜3−NおよびIED(BU)10間の情報伝送あるいは監視制御装置12、遠方監視制御装置13が各IED3−1〜3−NおよびIED(BU)10への制御指令などを含む変電機器の保護制御情報を伝送する第2のバスであるステーションバス16で接続されている。
MU2は、両母線18,19および各線路8−1〜8−Nの電圧、電流のアナログ信号およびCB4−1〜4−N,LS6−1〜6−Nなどの機器情報を取り込んでディジタルデータに変換し、シリアルデータとしてプロセスバス15を介して各IED3−1〜3−Nに伝送する。なお、図2では、MU2は、2台のMU2−1,2−2の2台で2重化構成される例を図示したが、システムの信頼度要求により1台構成でもよく、さらにMUの処理能力に応じて多くのMUを用いて構成してもよい。
各IED3−1〜3−Nは、プロセスバス15を介して伝送されたシリアルデータから、各IED3−1〜3−Nに必要なデータを取り込み、保護・制御演算を行う。各IED3−1〜3−Nは、その演算結果に基づいて、プロセスバス15およびMU2−1,2−2を介してCB4−1〜4−N,LS6−1〜6−Nなどを制御したり、ステーションバス16を介して監視制御装置12および遠方監視制御装置13に演算結果をシリアルデータとして伝送する。なお、IED(BU)10の動作については、後述する。
監視制御装置12は、ステーションバス16を介して伝送された各IED3−1〜3−Nの演算結果に基づいて、変電所全体の監視制御を行う。また、遠方監視制御装置13は、変電所全体の監視制御情報を遠方制御所17に伝送する。
つぎに、IED(BU)10およびD(BU)14について、図2を参照して説明する。
IED(BU)10は、保護制御システム1の全てのIED3−1〜3−Nの中で、最大構成の演算が可能なIEDと同等の構成とすることで、何れのIED3−1〜3−Nの代替も可能としている。
D(BU)14は、保護制御システム1の全てのIED3−1〜3−Nのソフトウェアおよび現整定値を含むユニット情報を保存する。
IED(BU)10は、保護制御システム1の何れかのIEDが故障した場合に、D(BU)14からステーションバス16を介して故障IEDのユニット情報をダウンロードしてインストールすることにより故障IEDと同等の機能を具備(以下「代替ユニット化」という)するとともに、速やかに故障IEDの代替動作を開始する。なお、IEDの故障検出は、例えば各IED3−1〜3−Nが自己診断を行い、異常があればステーションバス16を介して不良信号をIED(BU)に伝送する。また、例えばIEDが完全に機能を停止した場合は、自己診断や不良信号の伝送が不可能となるため、IED(BU)10が周期的に各IED3−1〜3−Nの健全性を確認する。
つぎに、IED(BU)10による代替動作開始までの詳細な手順を、図2および図3を参照して説明する。図3は、実施の形態1にかかる保護制御システムにおけるIED(BU)による代替処理手順を示すフローチャートである。
図3に示すように、何れかのIEDの故障が発生すると(ステップST101)、IED(BU)10は、故障IEDの動作を停止して系統から故障IEDを切り離し(ステップST102)、ステーションバス16を介してD(BU)14に故障IEDのユニット情報のダウンロード要求を行う(ステップST103)。D(BU)14は、IED(BU)10からのダウンロード要求を受け、ステーションバス16を介して故障IEDのユニット情報をIED(BU)10に伝送する(ステップST104)。
IED(BU)10は、ダウンロードしたユニット情報をインストールして代替ユニット化を行い(ステップST105)、故障IEDの代わりに代替動作を開始し、系統に接続される(ステップST106)。
なお、IEDの故障検出は、上記したように各IED3−1〜3−Nが自己診断を行ってもよいし、IED(BU)10が周期的に各IED3−1〜3−Nの健全性を確認してもよく、あるいは各IED3−1〜3−Nが相互間でチェックを行う方法でもよい。また、故障IEDのユニット情報の送信は、上記のようにIEDの故障検出をIED(BU)10が受け、D(BU)14にダウンロード要求を行うようにしてもよいし、IEDの故障検出をD(BU)14が受け、IED(BU)10に対してユニット情報送信の起動をかけるようにしてもよい。また、図示しないが、故障検出ユニットを別に設置してIEDの故障検出を行い、D(BU)14およびIED(BU)10に対する制御を行うようにしてもよい。
以上のように、実施の形態1の保護制御システム1によれば、プロセスバスに接続された全てのIEDの代替動作が可能な予備保護制御ユニットであるIED(BU)10と、全てのIEDのソフトウェアおよび現整定値を含むユニット情報を保存するデータベースユニットであるD(BU)14とを1台ずつ設け、IED(BU)10は、何れかのIEDが故障した場合に、ステーションバスを介してD(BU)14から故障したIEDのユニット情報をダウンロードし、故障したIEDの代替動作を行うようにしたので、IEDのコストの増加を抑えることができ、複数のIEDの保護・制御機能のバックアップを行うとともに、IED故障時の対応を速やかに行うことができ、IEDの2重化相当の信頼性を確保することが可能となる。
実施の形態2.
実施の形態1では、何れかのIED故障時に予備保護制御ユニットであるIED(BU)がD(BU)から故障IEDのユニット情報をダウンロードし、故障IEDの代替動作を行うようにしたが、実施の形態2では、実施の形態1に加えて、全てのIEDが有する機能のうちの後備保護機能を担当させた後備保護ユニットとして機能するIED(SSBU)(SSBU:Substation Backup Unit)を設け、IED故障時にIED(BU)が故障IEDの代替動作を開始するまでの間、このIED(SSBU)に後備保護を行わせるようにするものである。
図4は、実施の形態2にかかる保護制御システムの一構成例を示す図である。図4に示すように、実施の形態2にかかる保護制御システム1aは、実施の形態1における図1に示す構成に加えて、全てのIED3−1〜3−Nの後備保護機能を有するIED(SSBU)11を有している。
IED(SSBU)11は、保護制御システム1aの全てのIED3−1〜3−Nの後備保護機能に必要なソフトウェアおよび整定値を格納し、常時稼動させておく。これにより、何れかのIEDが故障して機能を停止し、IED(BU)10が動作を開始するまでの間に変電設備の異常が発生した場合、IED(SSBU)11は、故障したIEDの代わりに後備保護を行い、異常電路を遮断することが可能となり、IED不良による無保護状態をなくすことができる。
図5は、実施の形態2にかかるIED(SSBU)11による後備保護機能の動作遷移図である。図5に示すように、IED(SSBU)11は、例えばIED3−1→IED3−2→・・・→IED3−Nの順に後備保護処理を行い、その後IED3−1からの後備保護処理を繰り返し行う。ここで、後備保護とは、変電設備に地絡や短絡等の問題が発生したときに、何らかの理由で主保護による電路の高速遮断に失敗した場合に動作する保護機能であり、主保護機能に較べて小さい演算能力で処理が可能である。したがって、IED3−1の後備保護処理からIED3−Nの後備保護処理までの動作を、後備保護において要求される所定の時間内に周回するように時分割処理で実行することによって、全てのIED3−1〜3−Nの後備保護が可能となる。
以上のように、実施の形態2の保護制御システムによれば、全てのIEDが有する機能のうちの後備保護機能を有するIED(SSBU)11を設けて常時稼動させ、各IEDの後備保護処理を、後備保護において要求される所定の時間内に周回するように時分割処理で実行するようにしたので、実施の形態1の効果に加え、IEDが故障してからIED(BU)10が故障したIEDの代替動作を開始するまでの間の保護停止時間においても後備保護を行うことができ、保護信頼性を向上することが可能となる。
実施の形態3.
実施の形態2では、全てのIEDの後備保護機能を有するIED(SSBU)を設け、IED(SSBU)を常時稼動させ、時分割処理で各IEDの後備保護を行う構成としたが、各IEDの後備保護を時分割処理で行うため、IEDの故障が発生してから、故障したIEDの後備保護が行われるまでには若干の時間差が生じる可能性がある。実施の形態3では、IED(SSBU)は、通常はスタンバイ状態で待機しておき、IED故障時にはIED(SSBU)が瞬時に起動し、故障したIEDの後備保護を開始する構成とする。
実施の形態3にかかる保護制御システムの構成は、実施の形態2と同一である。図6は、実施の形態3にかかる保護制御システムにおけるIED(BU)による代替処理手順およびIED(SSBU)による後備保護機能の処理手順を示すフローチャートである。ステップST101〜ステップST106は、実施の形態1と同一のフローであるが、実施の形態3では、IED(SSBU)11の後備保護機能の処理手順(ステップST201〜ステップST204)を加えている。
図6に示すように、何れかのIEDの故障が発生すると(ステップST101)、IED(BU)10は、故障IEDの動作を停止して系統から故障IEDを切り離し(ステップST102)、ステーションバス16を介して故障IEDの後備保護開始信号をIED(SSBU)11に伝送する(ステップST201)。IED(SSBU)11は、IED(BU)10からの後備保護開始信号を受け、スタンバイ状態から瞬時に起動し、故障IEDの後備保護機能を有効にする(ステップST202)。
そして、IED(BU)10が故障IEDの代わりに代替動作を開始し、系統に接続されると(ステップST106)、ステーションバス16を介して後備保護停止信号をIED(SSBU)11に伝送する(ステップST203)。IED(SSBU)11は、IED(BU)10からの後備保護停止信号を受け、故障IEDの後備保護機能を停止し、スタンバイ状態に戻る(ステップST204)。したがって、IED(SSBU)11は、故障IEDの動作を停止して系統から切り離してから(ステップST102)、IED(BU)10が故障IEDの代わりに代替動作を開始し、系統に接続される(ステップST106)までの間、故障IEDの後備保護動作を行う。
以上のように、実施の形態3の保護制御システムによれば、全てのIEDが有する機能のうちの後備保護機能を有するIED(SSBU)11を設けてスタンバイ状態で待機させておき、IEDの故障を受けて瞬時にIED(SSBU)11が起動し、故障したIEDの後備保護を開始するようにしたので、IEDが故障してからIED(SSBU)11が故障IEDの後備保護を開始するまでの間の無保護時間を短縮することが可能となる。
なお、上記実施の形態では、IED(BU)、IED(SSBU)は各1台ずつ設ける場合について説明したが、各IEDの処理能力に差がある場合は、処理能力の異なる複数種のIED(BU)、IED(SSBU)を備えてもよい。
また、IEDは、保護および制御の両方の機能を有する保護制御ユニットとして説明したが、保護および制御の機能を別のユニットとする構成としてもよいことは無論である。
なお、実施の形態2において、IED(SSBU)が、全てのIEDの後備保護を同時に行える処理能力を持っている場合は、前記のような時分割処理による後備保護を行わず、IED(SSBU)が常時全てのIEDの後備保護を行う構成としてもよい。この場合は、IEDの故障検出と同時にIED(SSBU)が故障IEDの後備保護を開始することができ、さらに保護信頼性を向上させることが可能となる。
さらにまた、上記実施の形態では、本発明にかかる保護制御システムを系統用変電所の母線の保護制御に適用する場合について説明したが、例えば配電用変電所における配電線の保護制御など、その他の保護制御システムに適用することも可能である。
以上のように、本発明にかかる保護制御システムは、保護制御ユニットのコストの増加を抑えるとともに、保護制御ユニットの2重化相当の信頼性を確保することができる発明として有用である。
変電所において主回路設備に接続される変電所機器の一構成例を示す図である。 実施の形態1にかかる保護制御システムの一構成例を示す図である。 実施の形態1にかかる保護制御システムにおけるIED(BU)による代替処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態2にかかる保護制御システムの一構成例を示す図である。 実施の形態2にかかるIED(SSBU)による後備保護機能の動作遷移図である。 実施の形態3にかかる保護制御システムにおけるIED(BU)による代替処理手順およびIED(SSBU)による後備保護機能の処理手順を示すフローチャートである。
符号の説明
1,1a 保護制御システム
2,2−1,2−2 マージングユニット(MU)
3,3−1〜3−N 保護制御ユニット(IED)
4−1〜4−N 遮断器(CB)
5−1〜5−N 電流変成器(CT)
6−1〜6−N 断路器(LS)
7−1〜7−N 電圧変換器(PT)
8−1〜8−N 線路
10 予備保護制御ユニット(IED(BU))
11 後備保護ユニット(IED(SSBU))
12 監視制御装置
13 遠方監視制御装置
14 データベースユニット(D(BU))
15 プロセスバス
16 ステーションバス
17 遠方制御所
18,19 母線

Claims (4)

  1. 電力系統を構成する変電機器の保護・制御および監視を行う保護制御システムにおいて、
    前記変電機器からのアナログ入力および機器情報をシリアルデータとして伝送する第1のバスおよび前記変電機器の保護制御情報をシリアルデータとして伝送する第2のバスに接続され、前記変電機器の保護・制御演算を行う複数の保護制御ユニットと、
    前記第2のバスに接続され、前記各保護制御ユニットのソフトウェアおよび整定値を含むユニット情報を格納するデータベースユニットと、
    前記第1のバスおよび前記第2のバスに接続され、前記複数の保護制御ユニットの何れかが故障した場合に、前記データベースユニットから前記第2のバスを介して当該故障した保護制御ユニットの前記ユニット情報をダウンロードすることにより、当該故障した保護制御ユニットの代替ユニットとして動作することが可能な予備保護制御ユニットと、
    を備えることを特徴とする保護制御システム。
  2. 前記第1のバスおよび前記第2のバスに接続され、前記各保護制御ユニットが有する保護制御機能のうちの後備保護機能を具備するように構成された後備保護ユニットをさらに備え、
    前記後備保護ユニットは、少なくとも前記代替ユニットとして動作する予備保護制御ユニットの機能が立ち上がるまでの間において、前記各保護制御ユニットの後備保護機能を有効とすることを特徴とする請求項1に記載の保護制御システム。
  3. 前記後備保護ユニットは、前記保護制御ユニットの後備保護機能を時分割で有効となるように制御することを特徴とする請求項2に記載の保護制御システム。
  4. 前記第1のバスおよび前記第2のバスに接続され、前記各保護制御ユニットが有する保護制御機能のうちの後備保護機能を具備するように構成された後備保護ユニットをさらに備え、
    前記後備保護ユニットは、前記複数の保護制御ユニットの故障を検出した場合に、当該故障した保護制御ユニットの後備保護機能を有効とし、前記予備保護制御ユニットが当該故障した保護制御ユニットの代替ユニットとして動作を開始したことを検出した場合に、後備保護機能を無効とすることを特徴とする請求項1に記載の保護制御システム。
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